Schwerpunktfach BIOLOGIE und CHEMIE Chemie-Teil

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1 Kantonsschule Zofingen, Maturaprüfung 2011, SPF Biologie und Chemie, CHEMIE-Teil Seite 1 von 15 Maturaprüfung 2011 Note: Punktzahl:... Name: Klasse:... Schwerpunktfach BILGIE und CHEMIE Chemie-Teil Lehrpersonen: Dr. Zoltán Molnár, Dr. Małgorzata Simson Prüfungsdatum und -Zeit: Donnerstag, 19. Mai 2011, h Prüfungsdauer-Anteil: 2 Stunden Allgemeine Hinweise: Die Antworten müssen, um die volle Punktzahl zu erreichen, ausführlich genug und klar begründet sein, sowie leserlich dargestellt sein. Ebenso müssen bei Berechnungen die in die verwendeten Formeln eingesetzte Zahlenwerte und die Lösungswege lückenlos ersichtlich sein. Die Resultate sind mit drei Ziffern und wenn sinnvoll mit Zehnerpotenzen anzugeben. Die Aufgaben müssen auf den Aufgabenblättern (16 Seiten) gelöst werden. Bei Platzmangel dürfen Zusatzblätter abgegeben werden (mit Namen anschreiben). Die Aufgabenblätter müssen am Schluss vollständig abgegeben werden. Hilfsmittel: Taschenrechner TI 84, Tabellen (Periodensystem, Säure-Base-Reihe, Redox-Reihe, Formelsammlung, Wellenlängen) werden von den Lehrpersonen zur Verfügung gestellt (hinter den Aufgabenblättern angeheftet). Bewertung: Das Punktemaximum beträgt 57,5 Punkte. Für die Note 6 ist nicht die volle Punktzahl erforderlich. (ca.85-90%) Die Benotung erfolgt linear. Der Chemie- und der Biologieteil werden in der Notengebung jeweils 1:1 gewichtet. Viel Erfolg!

2 Kantonsschule Zofingen, Maturaprüfung 2011, SPF Biologie und Chemie, CHEMIE-Teil Seite 2 von Chemie und Meeresbiologie Durch den Anstieg des C 2 -Gehalts in der Atmosphäre, löst sich das C 2 auch zunehmend in der zeanen, die eine so genannte C 2 -Senke bilden. Da dies nicht unbedenklich ist, sind die zu erwartenden biologischen Folgen zur Zeit Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen. a) Was entsteht, wenn C 2 sich in Wasser löst (Reaktionsgleichung)? (A) (K1) b) Zeigen Sie anhand von Reaktionsgleichung mit Kommentar, welche Auswirkung dies auf den ph-wert hat (steigt, sinkt oder bleibt er konstant?). (A) (K3) c) Unter anderem befürchtet man Schädigung der Korallenriffe, da sie aus Kalk CaC 3 bestehen. Erklären Sie anhand von Reaktionsgleichung(en) mit Kommentar, welche Art von Schädigung man befürchtet (was passiert mit den Korallenriffen?). (C) (K3) (2)

3 Kantonsschule Zofingen, Maturaprüfung 2011, SPF Biologie und Chemie, CHEMIE-Teil Seite 3 von 15 Gewässeruntersuchungen: Komplexometrische Gesamtwasserhärte-Bestimmung 2. a) Die Wasserhärte wird in französischen Härtegraden (fh ) angegeben, wobei 1 fh = 10 mg CaC 3 /Liter entspricht. Erklären Sie, weshalb diese Angabe als Kalkmenge eine grobe Vereinfachung ist und was man genau unter der Gesamt-Wasserhärte versteht? (A) (K2) b) Für die Bestimmung der Gesamthärte von Wasser wird das Dinatriumsalz von EDTA (Ethylendiamintetraacetat) Na 2 H 2 edta oder Na 2 H 2 Y (siehe Abbildung unten rechts), mit dem Handelsnamen Komplexon III eingesetzt. H 4 edta Na 2 H 2 edta H Na H N H N N H N H H Na Erklären Sie anhand der obigen Strukturformeln, weshalb man für die Herstellung der EDTA-Lösung in Wasser nicht direkt die Säureform H 4 edta, sondern deren Salz Na 2 H 2 edta verwendet? (I) (K2). c) Wie wurde dieses Salz Na 2 H 2 edta ausgehend von der Säure H 4 edta hergestellt? Formulieren Sie die korrekte Reaktionsgleichung von H 4 edta mit der erforderlichen Chemikalie, bei welcher Na 2 H 2 edta möglichst rein gebildet wird. (I) (K3) H 4 edta + Na 2 H 2 edta + (2.5)

4 Kantonsschule Zofingen, Maturaprüfung 2011, SPF Biologie und Chemie, CHEMIE-Teil Seite 4 von Na 2 H 2 edta d) Füllen Sie die Textlücken. H N Na Das eigentliche EDTA (edta 4- ) ist ein Na N H Er bildet mit Metallionen (ausser mit.. ) sehr stabile Komplexe im Verhältnis 1 : 1 und wird deshalb häufig bei komplexometrischen Titrationen verwendet. (A) (K1) Erklären Sie (2-3 Sätze) genau, weshalb bei der komplexometrischen Titration mit Na 2 H 2 edta Lösung eine Pufferlösung (sauer oder alkalisch?) eingesetzt werden muss. (A) (K2) e) Kreisen Sie die Zahn-Atome des EDTA ein. (I) (K3) f) Bei der Titration von 200 ml einer Gewässerprobe werden 12 ml 0,05 molaren EDTA-Lösung verbraucht. Berechnen Sie die Wasserhärte in französischen Härtegraden des untersuchten Wassers. (I) (K3) (2) 1 fh = 10 mg CaC 3 /Liter 0-7 fh 7-15 fh fh fh fh > 43 fh sehr weich weich mittelhart ziemlich hart hart sehr hart

5 Kantonsschule Zofingen, Maturaprüfung 2011, SPF Biologie und Chemie, CHEMIE-Teil Seite 5 von 15 Vernetzte Reaktionen 3. a) Löst man festes Nickel(II)-chlorid in neutralem Wasser, so erhält man eine grüne Lösung. Diese Lösung ist sauer. Woran muss das liegen? (Beachte: Die Säure-Base-Tabelle ist nicht vollständig. Sie enthält nur eine Auswahl an Teilchen.) - Formulieren Sie die Reaktionsgleichung, die erklärt, warum die Lösung sauer ist. (I) (K3) - Kreisen Sie in der Gleichung das Teilchen ein, welches für die grüne Farbe der Lösung verantwortlich ist. (I) (K1) (2) b) Diese grüne Lösung von Nickel(II)-chlorid ergibt mit wenig Ammoniak-Lösung einen Niederschlag, der sich bei Zugabe von noch mehr Ammoniak-Lösung wieder auflöst, wobei die Lösung nun violett gefärbt ist. Formulieren Sie die Reaktion - für die Bildung der Fällung mit wenig Ammoniak - für die anschliessende Auflösung dieser Fällung mit viel Ammoniak und kreisen Sie das für die violette Färbung verantwortlich Teilchen ein. (I) (K3) c) Sie möchten im Labor ausgehend von Nickel(II)-chlorid Chlorgas herstellen. Schlagen Sie eine geeignete Chemikalie vor und formulieren Sie damit die vollständige Reaktionsgleichung. (I) (K3)

6 Kantonsschule Zofingen, Maturaprüfung 2011, SPF Biologie und Chemie, CHEMIE-Teil Seite 6 von 15 UV-VIS-Spektrum 4. Sonnenschutzmittel blauer Farbstoff In der Abbildung ist das Spektrum von einem Naturstoff zu sehen. a) Ist dieser Naturstoff farbig? Wenn nein, begründen Sie.Wenn ja, welche Farbe hat es und warum? (A) (K3) b) Bei welcher Wellenlänge würden Sie Konzentrationsbestimmungen dieses Naturstoffs durchführen? Begründen Sie. (D) (K3) c) Zeichnen Sie mit einem Farbstift in die gleiche Abbildung das Spektrum eines Sonnenschutzmittels ein. (C) (K3) d) Zeichnen Sie mit einem anderen Farbstift in die gleiche Abbildung das Spektrum eines blauen Farbstoffs ein. (C) (K3) f) Erklären Sie die Funktionsweise von optischen Aufhellern, die in Waschmitteln und Papier eingesetzt werden, um diese Stoffe weisser als weiss erscheinen zu lassen. (A) (K2) (2)

7 Kantonsschule Zofingen, Maturaprüfung 2011, SPF Biologie und Chemie, CHEMIE-Teil Seite 7 von 15 rganische Chemie 5. Zeichen Sie die Skelettformeln folgender Verbindungen: (K3) (I) a) 2-Methyl-prop-1-en b) Cyclohexyldimethylamin c) 2-Chlorpropansäure d) Butansäurepropylester

8 Kantonsschule Zofingen, Maturaprüfung 2011, SPF Biologie und Chemie, CHEMIE-Teil Seite 8 von Benennen Sie die abgebildeten Moleküle mit dem systematischen Namen gemäss der IUPAC-Nomenklatur. (K3) (I) H H 2 N

9 Kantonsschule Zofingen, Maturaprüfung 2011, SPF Biologie und Chemie, CHEMIE-Teil Seite 9 von Ergänzen Sie in unten stehenden Reaktionen auf allen gestrichelten Linien die passenden Stoffe. (K4) (A; B; I) (5x0,5) Br N a Br + KMn 4 / H

10 Kantonsschule Zofingen, Maturaprüfung 2011, SPF Biologie und Chemie, CHEMIE-Teil Seite 10 von Vitamin D 3 wird im menschlichen Körper mit Hilfe von ultraviolettem Licht (UV-B) in der Haut gebildet. In der Nahrung kommt es im Wesentlichen in Fettfischen vor oder wird den Lebensmitteln als Nahrungsergänzungsmittel zugefügt. a) Kreisen Sie im Vitamin D3 Molekül alle chiralen Zentren ein und kennzeichnen Sie sie mit einem Stern. (K2) (I) (je 0,5) b) Bestimmen Sie die absolute Konfiguration (R oder S) nach der Sequenzregel von Cahn-Ingold-Prelog zweier chiraler Zentren nach Wahl im bei a) abgebildeten Molekül. Herleitung ersichtlich darstellen: Prioritäten der Substituenten und Drehsinn hinschreiben) (K3) (I) (2) Lösung:

11 Kantonsschule Zofingen, Maturaprüfung 2011, SPF Biologie und Chemie, CHEMIE-Teil Seite 11 von 15 c) Gegeben sei das unten abgebildete Amin: Zeichnen Sie je zum richtigen Pfeil sein Enantiomeres, Diastereoisomeres und ein Konstitutionsisomeres ein. (K3) (A; I) (1,5) H 3 C N CH 3 Enantiomer H Diastereoisomer Konstitutions- Isomer

12 Kantonsschule Zofingen, Maturaprüfung 2011, SPF Biologie und Chemie, CHEMIE-Teil Seite 12 von a) Brom reagiert mit dem unten abgebildeten But-2-en. Zeichnen Sie den Reaktionsmechanismus mit allen nichtbindenden Elektronenpaaren auf. (K3) (I) (2) b) Betrachten Sie das entstandene Produkt. Wie stehen die beiden Bromatome zueinander? (Fachbegriff) (K1) (I) (0,5)

13 Kantonsschule Zofingen, Maturaprüfung 2011, SPF Biologie und Chemie, CHEMIE-Teil Seite 13 von 15 Fächerübergreifender Teil Chemie 10. PE und PHB sind zwei Kunststoffe, die im Alltag kaum mehr wegzudenken sind. Sie werden durch Verknüpfung von Grundmolekülen, den sogenannten Monomeren, hergestellt. (K4) (A; B; C; F; I) (2) PE H PHB H PHB gilt als sehr umweltfreundlicher Stoff, der als biologisch abbaubares Verpackungsmaterial oder als chirurgisches Material eingesetzt wird. Dies erstaunt wenig, wird PHB doch von vielen Bakterien als Reserve- und Speicherstoff synthetisiert und dann wieder abgebaut. Wie lässt sich aus chemischer Sicht erklären, dass er für Bakterien leichter angreifbar ist, als der ebenfalls wenig umweltschädliche Stoff PE?

14 Kantonsschule Zofingen, Maturaprüfung 2011, SPF Biologie und Chemie, CHEMIE-Teil Seite 14 von 15 Komplexchemie 11. Komplexe sind oft farbige Verbindungen. Die Verbindung mit der Summenformel Co(NH 3 ) 4 (S 4 )Br gibt es in einer roten und einer violetten Form. Beide dissoziieren in wässriger Lösung in zwei Ionen. Lösungen der roten Verbindung bilden mit AgN 3 - Lösungen einen Niederschlag aus AgBr. Mit einer BaCl 2 -Lösung entsteht hingegen kein Fällungsprodukt. a) Leiten Sie aus diesen Informationen her, welcher Komplex rot bzw. violett ist. Ich erwarte eine Komplexformel mit eckigen Klammern. Begründen Sie in 1-2 Sätzen kurz Ihre Zuordnung. (K3) (A; E; I) b) Erklären Sie mit Hilfe der Ligandenfeldtheorie die unterschiedliche Farbe dieser zwei Komplexe. (K3) (A; E; I) c) In Komplexverbindungen beobachtet man high-spin- und low Spin-Komplexe. Klassifizieren Sie die unten angegebenen Verbindungen in high-spin- und low Spin- Komplexe anhand einer graphischen Darstellung mit Hilfe der Elektronenaufspaltungsschemata. (K3) (A; E; I) c 1 ) Mn(H 2 ) 6 ] 3+ (zwei ungepaarte Elektronen) c 2 ) [Ru(CN) 6 ] 3 (ein ungepaartes Elektron) (1,5) (je 1)

15 Kantonsschule Zofingen, Maturaprüfung 2011, SPF Biologie und Chemie, CHEMIE-Teil Seite 15 von Benennen Sie die folgenden Komplexe: (K3) (I) (je 1) a) K 3 [Fe(CN) 6 ] b) [Fe(H 2 ) 6 ]Cl 3 c) [CoCl 2 (NH 3 ) 4 ]Cl